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Schweißen Neue Legierung ermöglicht effizientes Schweißen von Aluminiumbauteilen

Autor / Redakteur: Andreas Afseth* / Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Laser-Remote-Schweiß-Verfahren wurden bislang ausschließlich für Werkstoffe aus Stahl angewandt. Eine neue monolithische Legierung von Constellium ermöglicht nun auch das schnelle und effiziente Laser-Remote-Schweißen von Aluminiumbauteilen und –blechen, insbesondere für die Automobilindustrie.

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Beim Laser-Remote-Schweißen führen bewegliche Spiegel aus bis zu einem Meter Entfernung den Laserstrahl auf die zu schweißenden Stellen.
Beim Laser-Remote-Schweißen führen bewegliche Spiegel aus bis zu einem Meter Entfernung den Laserstrahl auf die zu schweißenden Stellen.
(Bild: ©tum2282 - stock.adobe.com)

Laser-Remote-Schweiß-Prozesse sind bisher aus der Verarbeitung von Stahl bekannt. Dieses spezielle Laserstrahl-Schweißverfahren arbeitet mit sogenannten Scanner-Spiegeln und ermöglicht ein schnelles Anfahren von unterschiedlichen Positionen aus größerer Entfernung von bis zu 1 m. Der Schweißprozess gestaltet sich dadurch erheblich schneller und effizienter, da einzelne Stellen nicht länger separat angesteuert werden müssen. Was bei Stahlblechen gut funktioniert, wurde dagegen bei den im Automobilbau verwendeten Aluminiumlegierungen der 6000er- Reihe bislang nicht eingesetzt, da der Vorgang bei aushärtbarem Aluminium erheblich länger dauert und Zusatzwerkstoffe gegen Heißrisse erfordert.

Der Prozess nimmt mehr Zeit in Anspruch, da der Laserdraht einen expliziten Startpunkt besitzt, bis zum Ende der Naht fährt und dabei jede einzelne Position ansteuern muss. Das dauert bis zu fünfmal länger als bei Stahlteilen. Um die Festigkeit zu gewährleisten und Risse zu vermeiden, ist für das Laserschweißen aus der Ferne bei Aluminiumlegierungen zudem ein Zusatzwerkstoff notwendig.

Kalt umformen und warm aushärten

Mit einer neuen Legierung ermöglicht Constellium nun ein schnelles und effizientes Laser-Remote-Schweißen auch für Aluminium. Der Aluminium-Experte entwickelte seine bewährte Legierung für Automobilinnenanwendungen mit dem Werkstoff Formalex Remote weiter und schafft damit die Voraussetzung für das Laser-Remote-Verfahren: Eine warm aushärtbare, monolithische Legierung, die ein Schweißen ohne Zusatzwerkstoff erlaubt. Das ursprünglich im kaltausgehärteten T4-Zustand vorliegende Material wird dabei zunächst umgeformt und per Laser geschweißt. Anschließend härtet es, vergleichbar mit einer standardmäßigen 6000er Legierung, im KTL-Trocknungsofen bei etwa 180 °C 20 min aus. Diese Wärmebehandlung im Lacktrocknungsofen sorgt für ein besonders hohes Festigkeitsniveau.

Ein Werkzeug für zwei Werkstoffe

Bisher mussten Automobilhersteller für das Laserschweißen von Stahl und Aluminium auf unterschiedliches Equipment zurückgreifen. Die neue Legierung bietet nun den Vorteil, dass ein und dasselbe Laser-Werkzeug zum Schweißen beider Werkstoffe verwendet werden kann. Da kein Zusatzwerkstoff mehr benötigt wird, ist der Schweissprozess deutlich weniger störungsanfällig und senkt so die Kosten erheblich. Ein weiterer Vorteil liegt in der signifikant höheren Schweißgeschwindigkeit, die mit der neuen Aluminiumlegierung erreicht werden kann.

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Die neue Legierung vereint also Eigenschaften, die sie sowohl weich genug für die Kaltumformung machen, als auch eine anschließende warme Aushärtung ermöglichen – im Gegensatz zur 5000er Legierung. Zudem weist die Aluminium-Legierung eine deutlich bessere Nahtqualität auf: Während herkömmliche 5000er Werkstoffe anfällig für die Bildung von Prozess-Poren sind, die die Qualität der Nähte mindern, ermöglicht die neue Legierung beidseitig glatte Nähte.

Durch die neue Legierung Formalex Remote ist das Laser-Remote-Schweißen erstmals auch für aushärtbare Aluminiumbleche einsetzbar. Dabei erreicht das Verfahren vergleichbar hohe Geschwindigkeiten wie das Schweißen von Stahl, das lange als alleiniger Werkstoff für das Laserschweißen aus der Ferne galt. Die warme Aushärtung ermöglicht zudem eine besonders hohe Festigkeit, ähnlich einer herkömmlichen 6000er Legierung. (qui)

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* Andreas Afseth ist Leiter Forschung und Entwicklung bei Constellium

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